06贾文雄

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窥煎诸
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1 第 67 卷第 5 期 2012 年 5 月地理学报 ACTA GEOGRAPHICA SINICA Vol.67, No.5 May, 2012 近 50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化贾文雄 ( 西北师范大学地理与环境科学学院, 兰州 ) 摘要 : 利用年的日降水量资料, 采用线性趋势 5 年趋势滑动 IDW 空间插值 Morlet 小波分析 Mann-Kendall 突变检验等方法, 对祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度的时空变化特征进行了研究结果表明 : 不同等级降水日数和降水强度的多年平均在空间上既表现出东西分异, 也表现出南北分异 ; 不同等级降水日数的年际变化在绝大部分区域呈增多趋势, 且自东向西增幅减小, 大雨强度的年际变化在绝大部分区域呈增大趋势, 其它等级降水强度为部分区域呈增大趋势, 部分区域呈减小趋势 ; 小雨中雨日数的年际变化呈显著增多趋势, 大雨日数呈明显增多趋势, 暴雨日数呈不明显增多趋势, 小雨大雨强度的年际变化呈不明显减小趋势, 中雨暴雨强度呈不明显增大趋势 ; 不同等级降水日数变化的周期集中在 2a 5a 8a 11a 19a, 不同等级降水强度变化的周期集中在 2a 5a 11a 15a 25a; 除小雨强度突变减小外, 其它等级降水日数均突变增多, 降水强度均突变增大, 降水量的增加主要是降水日数的增多造成的, 其中小雨中雨日数的增多贡献最大关键词 : 降水日数 ; 降水强度 ; 祁连山 ; 河西走廊 1 引言对于干旱半干旱地区来说, 降水是非常重要的气候因子, 其变化直接关系到地表径流和干湿状况的变化, 而降水的变化与降水日数和降水强度的变化密切相关我国已有研究表明, 西部地区小雨中雨日数增加的同时, 年降水量亦在增加, 而大雨暴雨主要集 [1] 中在南方, 华北东北地区的大雨暴雨有不同程度的减少 ; 东北地区年总雨日减少趋势非常明显, 雨日的减少主要体现在小雨日数的减少, 年降水强度表现为明显的增强趋 [2] 势, 主要体现为小雨暴雨强度增强 ; 西北地区大多数地方的大雨降水日数有不显著增 [3] 多趋势, 显著区在天山地区, 但东部略有减少趋势 ; 西北地区的弱降水总量减少, 弱降水强度却加大, 强降水强度增强, 而极强降水强度却减弱, 降水的日数变化是降水量变化 [4] 的主要原因 ; 新疆博州地区年降水量的增加并非均由极端降雨或降雪量的频次增加, 或者大雨大雪以上降水频次增加造成, 除微量以外的其它量级降水频次的增加或不同量级 [5] 降水强度的增加也是原因在全球气候变暖背景下, 部分区域年降水量呈增加趋势, 部分区域呈减少趋势, 它是由降水日数的变化引起的, 还是由降水强度的变化造成的? 这一科学问题有待深入探讨祁连山位于青藏高原东北边缘, 由一系列北西西南东东走向的山脉和谷地组成, 长约 850 km, 宽 200~300 km, 大部分山脉海拔在 4000 m 以上河西走廊位于祁连山北坡, 为北西南东走向的狭长低地, 长约 1000 km, 宽约 50~60 km, 海拔 1100~1700 m 祁连山和河西走廊是两个不同的自然地理单元, 是水资源这一纽带将它们联系在一起, 因为祁连山是内陆河流石羊河黑河和疏勒河的发源地和径流形成区, 是河西走廊绿洲非常重要收稿日期 : ; 修订日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( ); 甘肃省自然科学基金项目 (1107RJZA248) [Foundation: National Natural Foundation of China, No ; Natural Foundation of Gansu Province, No.1107RJZA248] 作者简介 : 贾文雄 (1974-), 男, 甘肃渭源人, 博士, 副教授, 主要从事生态水文过程及气候变化研究 wxjiaxy@163.com 页

2 632 地理学报 67 卷 [6] [7,8] [9] 的水源地自汤懋苍对祁连山降水的地理分布研究以来, 李岩瑛等张强等张应 [10] [11] 华等陈少勇等对祁连山降水与地形的关系空中水汽分布与来源降雪特征降水的时空分布等方面进行了研究, 但尚未深入探讨不同等级降水的时空变化本文的研究区为党河南山疏勒南山大通山和达坂山以北的祁连山区及其北坡的河西走廊 ( 图 1), 通过对不同等级降水日数和降水强度的时空变化进行研究, 弄清不同等级降水的变化规律, 进而为研究区应对气候变化和防灾减灾提供科学依据 2 资料与研究方法图 1 祁连山及河西走廊地区气象站点的分布 Fig. 1 Distribution of weather stations in Qilian Mountains and Hexi Corridor 2.1 资料来源祁连山及河西走廊地区气象站点分布较少, 有些站点气象数据有缺失 ( 如肃北站临泽站 ) 在祁连山北坡选取了古浪武威永昌山丹民乐张掖高台肃南酒泉金塔玉门瓜州敦煌 13 个气象站, 祁连山南坡选取了乌鞘岭门源祁连野牛沟托勒 5 个气象站 ( 图 1), 收集了这 18 个气象站年的日降水量资料, 资料来源于国家气象局信息中心 ( 2.2 研究方法将日降水量 0.1 mm 统计为雨日, 固体降水转化为液体降水统计在内, 微量降水没有统计在内全国统一的降水等级对降水量较少的研究区不太适合, 本文采用甘肃省气象局规定的河西地区降水等级 : 小雨 (0.1~4.9 mm) 中雨 (5.0~14.9 mm) 大雨 (15.0~29.9 mm) 暴雨 (30.0~69.9 mm) 大暴雨 (70.0~140.0 mm) 特大暴雨 (>140.0 mm) 除门源站在 1960 年 8 月 7 日降水达 73.6 mm 外, 其它各站未出现大暴雨和特大暴雨, 因而采用小雨中雨大雨暴雨四个等级对各气象站不同等级的降水日数和降水强度进行了统 [7] 计, 再统计出各个站多年的平均值和区域平均值 n - Si = Q i /d i = 1 式中 :S i 为某时段内单站的时间平均值 ;i 为计算项目 ;Q 为该站点某时段内出现该项目的总量值 ;d 为某时段内出现该项目的总数

3 5 期贾文雄 : 近 50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化 633 n - Ri = M ki /n i = 1 式中 :R i 为区域平均值 ;i 为计算项目 ;M 为区域内出现该项目的站点量值 ;k 为站点 ;n 为区域内出现该项目的总站点数在数据处理之后, 采用线性趋势 5 年趋势滑动反距离加权插值 Morlet 小波分析 Mann-Kendall 突变检验等方法, 对研究区不同等级降水日数和降水强度的时空变化特征进行了研究 ArcGIS 软件中提供了反距离加权平均样条函数克里金和一些特定用途的空间插值函数, 这些函数已经成为通用的模板反距离加权插值法 (IDW) 是空间插值几何方法的一种, 它以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均, 离插值点越近的样本点赋予的权重越大传统的信息识别技术主要有功率谱最大熵谱交叉谱多位最 [12] 大熵谱小波分析法等, 其中功率谱交叉谱小波分析法以傅里叶变化为基础小波分析法在时域和频域上同时具有良好的局部性质, 可以分析出时间序列周期变化的局部特 [13] 征 Matlab 软件中提供了多个傅里叶小波变换函数, 本文采用气候周期变化研究中常用的 Morlet 小波分析, 并用小波方差确定周期和主周期传统的突变检测方法有滑动 T 检验 Cramer Le paga Yamamoto Mann-Kendall Pettitt 法, 前 4 种方法主要用于检测序 [12] 列的均值突变, 后 2 种方法主要用于检测序列的趋势突变 Mann-Kendall 突变检验法是一种非参数统计检验方法, 它不需要样本遵从一定的分布, 也不受少数异常值的干扰, 更 [14-15] 适用于类型变量和顺序变量, 计算也比较简便, 广泛用于气候序列的突变分析 3 结果分析 3.1 不同等级降水的空间分布及变化特征多年平均的空间分布祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数的空间分布表现出东多西少南多北少的分异 ( 图 2) 小雨中雨日数的空间分布一致, 中东部山区分别在 60~105d 15~30d 之间, 西部山区分别在 15~60d 0~15d 之间, 走廊平原大致以张掖为界, 其以东地区分别在 45~60d 10~15d 之间, 其以西地区分别在 15~45d 0~10d 之间 ( 图 2a,2c) 大雨暴雨日数的空间分布相似, 南部山区大致以黑河干流为界, 中东部地区分别在 3~6d 0.3~0.6d 之间, 中西部地区分别在 0~3d 0~0.3d 之间, 走廊平原也大致以张掖为界, 其以东地区分别在 1~3d 0.1~0.3d 之间, 其以西地区分别在 0~2d 0~0.2d 之间 ( 图 2e,2g) 降水日数较多的区域出现在中东部山区, 乌鞘岭门源祁连野牛沟的小雨日数在 75~105d 之间, 门源祁连野牛沟的中雨日数在 20~30d 之间, 门源的大雨日数在 4~6d 之间, 而暴雨日数较多的区域出现在浅山地带, 民乐古浪的暴雨日数在 0.4~0.6d 之间不同等级降水强度的空间分布有所不同 ( 图 2) 小雨强度表现出东多西少南多北少的空间分异, 中东部山区在 1.3~1.5 mm 之间, 中西部山区在 1.1~1.3 mm 之间, 走廊平原以张掖为界, 其以东地区在 1.3~1.4 mm 之间, 其以西地区在 1.1~1.3 mm 之间 ( 图 2b) 中雨强度也表现出东多西少南多北少的空间分异, 乌鞘岭地区在 8.5~9 mm 之间, 其它南部山区在 8~8.5 mm 之间, 走廊平原也以张掖为界, 其以东地区在 8~8.5 mm 之间, 其以西地区在 7.5~8 mm 之间 ( 图 2d) 大雨强度的空间分异不太明显, 降水强度在 19~20 mm 之间, 走廊平原的东部和金塔相对较大, 在 20~22 mm 之间 ( 图 2f) 暴雨强度表现出东多西少的空间分异, 南部山区以黑河干流为界, 中东部山区在 35~40 mm 之间, 中西部山区在 30~35 mm 之间, 走廊平原的中东部地区在 35~40 mm 之间, 西部地区在 30~35 mm 之间, 武威永昌高台的暴雨强度较大, 在 40~45 mm 之间 ( 图 2h) 总体来看, 不同等级降水日数自东向西逐渐减少, 降水强度也逐渐减小, 除大雨暴

4 634 地理学报 67 卷图 2 祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度的空间分布 Fig. 2 Spatial distribution of day number and intensity of different grades of precipitation in Qilian Mountains and Hexi Corridor 雨外南部山区比走廊平原降水日数多降水强度大小雨中雨大雨暴雨日数与海拔高度的相关系数分别为各等级降水日数随地形高度的增加而增多但暴雨日数与地形弱相关小雨中雨大雨暴雨强度与海拔高度的相关系数分别为小雨中雨强度随地形高度的增加而增大大雨暴雨强度与地形弱相关随地形高度的增加而减小据李岩瑛等[6]人研究中雨大雨暴雨的雨量级越强最大降水量出现的海拔越低这与暴雨日数最多出现在浅山地带大雨暴雨强度最大出现在走廊平原的空间分布是一致的主要是走廊平原降水变率大而造成的祁连山及河西走廊地区受 3 大环流系统的共同影响西部和中北部受西风带的控制中南部受偏南季风的影响东部处于东亚季风的边缘区据张强等[9]人研究祁连山及周边地区的大气水汽含量由西北向东南逐渐增加东高西低的分布形势是由东亚季风扩展方向所决定的南高北低的分布形势是由南亚季风和高原季风扩展方向所决定的东亚季风影响区平均水汽含量更高峰值强度更大峰值出现的海拔高度越低而西风带影响区与此相反偏南季风影响区处于两者之间背风坡的水汽含量比迎风坡低这种水汽空间分布的形势与不同等级降水的空间分布一致可见各等级降水分布与地形大气环流和云水输送

5期贾文雄近 50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化 635 条件密切相关 3.1.2 年际变化的空间分布祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数的年际变化在绝大部分区域呈增多趋势在空间上表现出东西分异自东向西增幅减小 (图 3) 小雨日数在乌鞘岭地区增幅相对较大在 0.75~1.75 d/a 之间其它地区增幅相对较小在 0~0.

5 5期贾文雄近 50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化 635 条件密切相关年际变化的空间分布祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数的年际变化在绝大部分区域呈增多趋势在空间上表现出东西分异自东向西增幅减小 (图 3) 小雨日数在乌鞘岭地区增幅相对较大在 0.75~1.75 d/a 之间其它地区增幅相对较小在 0~0.75 d/ a 之间而在门源祁连野牛沟和托勒地区呈减少趋势减幅在 0~0.5 d/a 之间 (图 3 a) 中雨日数在乌鞘岭地区增幅也相对较大在 0.05~0.2 d/a 之间其它地区增幅相对较小在 d/a 之间 (图 3c) 大雨日数在中部山区增幅相对较大在 0.02~0.06 d/a 之间其它地区增幅相对较小在 0~0.02 d/a 之间 (图 3e) 暴雨日数大致以黑河干流为界中东部地区增幅相对较大在 0.002~0.006 d/a 之间中西部地区增幅相对较小在 0~0.002 d/a 之间而在 96 ~99 E 之间的广大地区呈减少趋势减幅在 0~0.004 d/a 之间 (图 3g) 不同等级降水强度年际变化的空间分布有所不同但在空间上仍表现为东西差异 (图图 3 祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度年际变化趋势的空间分布 Fig. 3 Spatial distribution of interannual changing trend on day number and intensity of different grades of precipitation in Qilian Mountains and Hexi Corridor

6 636 地理学报 67 卷 3) 大雨强度在绝大部分地区呈增大趋势, 而小雨中雨和暴雨强度在部分区域呈增大趋势, 在部分区域呈减小趋势小雨强度在中部山区高台和酒泉地区呈增大趋势, 增幅在 0~ mm/a 之间, 其它大部分地区呈减小趋势, 减幅在 0~0.01 mm/a 之间, 其中敦煌和乌鞘岭地区减幅最大, 在 0.005~0.01 mm/a 之间 ( 图 3b) 中雨强度大致以黑河干流为界, 中东部地区呈减小趋势, 减幅在 0~0.01mm/a 之间, 中西部地区呈增大趋势, 增幅在 0~0.06 mm/a 之间, 其中走廊平原的西部增幅最大 ( 除安西 ), 在 0.03~0.06 mm/a 之间 ( 图 3d) 大雨强度自东向西增幅呈减小趋势, 乌鞘岭地区和走廊平原的中东部增幅相对较大, 在 0.06~0.15 mm/a 之间, 西部山区和走廊平原中西部增幅相对较小, 在 0~0.03 mm/a 之间, 中部山区增幅在 0.03~0.06 mm/a 之间 ( 图 3f) 暴雨强度也大致以黑河干流为界, 中东部地区增幅相对较大, 在 0.05~0.25 mm/a 之间, 中西部地区增幅相对较小, 在 0~0.05 mm/a 之间, 在 96 ~99 E 之间的广大地区呈减小趋势, 减幅在 0~0.15 mm/a 之间 ( 图 3h) 祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数整体在增多, 但由于不同区域所处的地理位置大气环流下垫面条件的差异, 导致降水强度在部分区域增大, 在部分区域减小, 这造成区域年降水的变化比较复杂有一些区域的降水日数和降水强度变化值得关注在中东部地区, 暴雨日数增多, 同时暴雨强度增大, 这会导致极端降水天气发生概率增大, 造成洪涝灾害事件增多在中西部地区, 中雨日数增多, 同时中雨强度增大, 这有助于年降水量增加, 对地表水资源的增加是非常有意义的在 96 ~99 E 之间的广大地区, 暴雨日数减少, 同时暴雨强度减小, 虽然极端降水发生的概率减小, 但对地表水资源的增加是不利的 3.2 不同等级降水的时间变化特征年际变化祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数均呈增多趋势 ( 图 4), 小雨中雨大雨暴雨的年际变化率分别为 d/a, 其中小雨日数增幅最大, 与年份的相关系数分别为 , 除暴雨日数变化未通过显著性检验外, 其它分别通过的显著性检验, 表明小雨日数增多非常显著, 中雨日数增多显著, 大雨日数增多明显, 暴雨日数略有增多小雨日数在 70 年代中期之前小幅波状增多, 之后大幅波状增多,80 年代末之后大幅度减少,90 年代末之后又波状增多 ( 图 4a) 中雨日数在 80 年代中前期之前波状增多, 之后波状减少 ( 图 4c) 大雨日数在 70 年代中后期之前波状增多, 之后大幅度减少,80 年代中期之后又波状增多 ( 图 4e) 暴雨日数在 60 年代中后期之前增多, 之后大幅度减少,70 年代中后期之后波状增多 ( 图 4g) 不同等级降水强度的年际变化趋势有所不同 ( 图 4) 小雨大雨强度呈减小趋势, 年际变化率分别为 mm/a mm/a, 与年份的相关系数分别为 , 中雨暴雨强度呈增大趋势, 年际变化率分别为 mm/a mm/a, 与年份的相关系数分别为 , 不同等级降水强度变化均未通过显著性检验, 表明小雨大雨强度略有减小, 中雨暴雨强度略有增大小雨强度在 80 年代中期之前波状减小, 之后波状增大, 其中 70 年代中前期至 80 年代中期大幅度减小, 80 年代中期至 90 中后期大幅度增大 ( 图 4b) 中雨强度自 60 年代以来波状增大, 其中 60 年代中前期至 70 年代初大幅度增大 ( 图 4d) 大雨强度在 70 年代中期之前大幅度增大, 之后波状减小, 其中 70 年代中前期至 80 年代中期大幅度减小,90 年代中后期之后又波状增大 ( 图 4f) 暴雨强度在 60 年代中期之前大幅度减小, 之后波状增大,80 年代初之后波状减小 ( 图 4h) 祁连山南北坡不同等级降水的年际变化趋势是一致的, 小雨中雨大雨暴雨日数均呈增加趋势, 小雨大雨强度呈减小趋势, 中雨暴雨强度呈增大趋势 ( 表 1) 从降水变化正负趋势台站百分率看, 北坡小雨中雨日数增多比例较大, 而南坡大雨暴雨日

7 5 期贾文雄 : 近 50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化 637 图 4 祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度的年际变化趋势 ( 细折线年际变化, 曲线 5 年滑动趋势, 斜短线多年趋势, 点线多年平均 ) Fig. 4 Interannual change trend of day number and intensity of different grades of precipitation in Qilian Mountains and Hexi Corridor (thin folded line inter annual change; curve line 5 years moving trend; slope broken line trend of 50 years; dot line average value of 50 years) 数增多比例较大, 北坡小雨大雨强度增大比例较大, 而南坡中雨暴雨强度增大比例较大从降水年际变化幅度看, 除小雨日数增幅北坡较大外, 其它等级降水日数南坡增幅较大, 除暴雨强度南坡增幅较大外, 其它等级降水强度北坡变化幅度较大从年际变化的显

8 638 地理学报 67 卷表 1 祁连山南北坡不同等级降水日数和降水强度年际变化幅度及其正负趋势台站百分率 Tab. 1 Interannual change of day number and intensity of different grades of precipitation and its percentage of stations with positive or negative trends on the northern and southern slopes of Qilian Mountains 降水等级正趋势台站百分率北坡负趋势台站百分率年际变化幅度显著性正趋势台站百分率南坡负趋势台站百分率年际变化显著性幅度小雨日数中雨日数大雨日数暴雨日数小雨强度中雨强度大雨强度暴雨强度注 : 双下划线单下划线虚下划线分别表示通过的显著性检验著性看, 北坡小雨日数增多显著, 中雨日数增多明显, 南坡大雨日数增多明显, 其它等级降水日数南北坡增多不明显, 除北坡小雨强度减小明显外, 其它等级降水强度变化不明显可见, 在不同等级降水日数均增多的背景下, 北坡小雨中雨日数增多更明显, 而南坡大雨暴雨日数增多更突出, 南北坡不同等级降水强度变化均不明显在不同等级降水日数均增多的背景下, 小雨大雨强度减小, 中雨暴雨强度增大, 不同等级降水变化对年降水变化贡献不同小雨中雨大雨暴雨日数分别占年降水日数的 79.01% 17.65% 3.06% 0.28%, 雨量分别占年降水量的 32.42% 45.46% 18.95% 3.17%, 可见小雨是降水的主要形式, 中雨对年降水量贡献最大, 小雨中雨变化对年降水量变化起决定性作用年, 小雨中雨大雨暴雨雨量的年际变化率分别为 mm/a, 与年份的相关系数分别为 , 表明不同等级降水雨量均呈增加趋势, 其中小雨中雨雨量增幅较大, 小雨雨量增加非常显著, 中雨雨量增加显著, 大雨暴雨雨量略有增加可见, 小雨大雨降水强度减小对年降水量减少影响有限, 年降水量的增加主要是由降水日数的增多引起的周期变化祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数在不同时间尺度上振荡周期略有不同 ( 图 5) 小雨日数存在 2a 4a 8a 11a 19a 25a 左右的振荡周期, 其中 25a 左右的振荡周期是主周期,8a 左右的周期在 90 年代中期以后明显,11a 左右的周期在 90 年代中后期之前明显,19a 左右的周期一直明显, 在 70 年代中后期之前 90 年代中期之后尤为明显,25a 左右的周期也一直明显, 在 80 年代中期以后尤为明显 ( 图 5a) 中雨日数存在 2a 4a 7a 13a 19a 25a 左右的振荡周期, 其中 19a 左右的振荡周期是主周期,7a 左右的周期一直明显,80 年代中期之后尤为明显,13a 左右的周期在 80 年代中后期之前 90 年代中后期之后明显,19a 左右的周期一直明显, 在 80 年代中期之前 90 年代中后期之后尤为明显,25a 左右的周期也一直明显, 在 80 年代中期之后尤为明显 ( 图 5c) 大雨日数存在 2a 5a 8a 10a 15a 左右的振荡周期, 其中 15a 左右的振荡周期是主周期,5a 左右的周期在 90 年代中期之前明显,8a 左右的周期在 80 年代至 90 年代中后期明显,10a 左右的周期在 80 年代初之前 90 年代中后期之后明显,15a 左右的周期一直明显, 在 80 年代中后期之前尤为明显 ( 图 5e) 暴雨日数存在 2a 5a 8a 13a 19a 左右的振荡周期, 其中 19a 左右的振荡周期是主周期,5a 左右的周期在 90 年代中后期之前明显,8a 左右的周期在 90 年代中期之后明显,13a 左右的周期在 80 年代至 90 年代中期明显,19a 左右的周期一直明显 ( 图 5g)

9 5期贾文雄近 50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化图 5 祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度变化的周期 Fig. 5 Change cycles of day number and intensity of different grades of precipitation in Qilian Mountains and Hexi Corridor 639

10 640 地理学报 67 卷不同等级降水强度在不同时间尺度上的周期变化也有所不同 ( 图 5) 小雨强度存在 2a 5a 14a 25a 左右的振荡周期, 其中 25a 左右的振荡周期是主周期,5a 左右的周期一直明显, 在 70 年代中期至 90 年代中期叠加了 6a 左右的周期变化,14a 左右的周期在 80 年代中期之前 90 年代中后期之后明显,25a 左右的周期一直明显 ( 图 5 b) 中雨强度存在 2a 4a 8a 11a 26a 的振荡周期, 其中 26a 左右的振荡周期是主周期,4a 左右的周期一直明显, 在 80 年代中后期至 90 年代中期叠加了 6a 左右的周期,8a 左右的周期在 80 年代中期之前明显,11a 左右的周期在 80 年代中期之后明显,26a 左右的周期一直明显 ( 图 5d) 大雨强度存在 2a 4a 8a 15a 25a 左右的振荡周期, 其中 25a 左右的振荡周期是主周期,4a 左右的周期 80 年代初之前明显,8a 左右的周期一直明显,15a 左右的周期在 90 年代以来明显,25a 左右的周期也一直明显 ( 图 5f) 暴雨日数存在 2a 5a 10a 15a 25a 左右的振荡周期, 其中 5a 左右的振荡周期是主周期,5a 左右的周期在 80 年代初之前明显, 10a 左右的周期在 70 年代初之前 90 年代中后期之后明显,15a 左右的周期在 80 年代中期之前明显,25a 左右的周期不太明显 ( 图 5h) 祁连山南北坡不同等级降水日数和降水强度在不同时间尺度上振荡周期有所不同 ( 表 2) 小雨暴雨日数变化的主周期南坡比北坡短, 南坡分别为 10a 5a 左右, 北坡均为 19a 左右, 中雨大雨日数变化的主周期南坡比北坡长, 南坡分别是 25a 15a 左右, 北坡分别是 19a 11a 左右小雨中雨强度变化的主周期南坡比北坡短, 南坡是 15a 12a 左右, 北坡是 25a 26a 左右, 大雨强度变化的主周期南坡比北坡长, 南坡是 15a 左右, 北坡是 8a 左右, 暴雨强度变化的主周期南北坡一样, 均为 19a 左右南北坡不同等级降水在一些时间尺度上振荡周期是一致的, 降水日数变化的周期集中在 2a 5a 8a 11a 15a 19a 25a 左右, 降水强度变化的周期集中在 2a 5a 9a 15a 19a 25a 左右自 60 年代以来, 不同等级降水日数和降水强度的主周期变化一直明显, 其它周期变化大多在某一时段上明显,70 年代中后期 80 年代中期 90 年代中后期是周期变化的转折点, 这与 1976 年东亚夏季风明显变弱 1987 年东亚冬季风明显变弱 1998 年中纬度西风明显变弱的时间点是一致的 [16-17] 不同等级降水日数变化的周期集中在 2a 5a 8a 11a 19a 左右, 降水强度变化的周期集中在 2a 5a 11a 15a 25a 左右据研究, 东亚夏季风存在 2a 的周期振荡 [16],ENSO 事件存在 2~7a 的变化周期 [18], 太阳黑子存在 10.6a 的活动周期 [19], 月亮潮汐存在 18.6a 的周期变化 [20] 祁连山及河西走廊地区不同等级降水的周期变化可能与环流系统强弱 ENSO 事件太阳黑子活动月亮潮汐的周期性变化有关突变在 0.05 的显著性水平下, 祁连山及河西走廊不同等级降水均发生了突变 ( 图 6) 小雨中雨大雨暴雨日数分别在年发生了突变, 突变前分别为 44.72d 10.85d 2.8d 1.01d, 突变后分别为 56.84d 12.35d 3.13d 1.17d, 突变后降水日数均增加, 分别增加了 12.12d 1.5d 0.33d 0.16d ( 图 6a,6c,6e,6g) 小雨强度在 1977 年发生了突变, 突变前为 1.36 mm, 突变后为 1.28 mm, 突变后减小了 0.08 mm ( 图 6b) 中雨大雨暴雨强度分别在年发生了突变, 突变前分别为 7.91 mm mm 表 2 祁连山南北坡不同等级降水日数和降水强度变化的周期 Tab. 2 Change cycles of day number and intensity of different grades of precipitation 降水等级 on the northern and southern slopes of Qilian Mountains 北坡南坡周期主周期周期主周期小雨日数中雨日数大雨日数暴雨日数小雨强度中雨强度大雨强度暴雨强度

11 5 期贾文雄 : 近 50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化 641 图 6 祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度的突变检验 ( 实折线 UF 曲线, 虚折线 UB 曲线, 短线临界值 ) Fig. 6 Abrupt analysis of day number and intensity of different grades of precipitation in Qilian Mountains and Hexi Corridor (solid folded line UF curve; dot folded line UB curve; broken line critical value) mm, 突变后分别为 8.24 mm mm mm, 突变后降水强度均增大, 分别增加了 0.33 mm 0.67 mm 0.25 mm ( 图 6d,6f,6h) 小雨强度突变的年份与东亚夏季风变弱的时间是一致的 [16], 可能小雨强度的减小与东亚夏季风的变弱有关不同等级降水日数和降水强度在 60 年代中期左右 70 年代中后期 80 年代中后期 90 年代中后期发生突变, 这可能与不同环流系统的强弱变化有关, 哪个环流系统起主导作用有待深入研究祁连山南北坡不同等级降水日数和降水强度的突变是不同的 ( 表 3) 除大雨日数未发生突变外, 北坡其它等级降水日数均发生了突变, 而南坡各等级降水日数均发生了突变北坡小雨中雨暴雨日数分别在年发生突变, 突变后分别增加了 14.12d 1.7d 0.04d, 南坡分别在年发生了突变, 突变后分别增加了 7.2d 2.33d 1.05d 0.06d, 小雨突变增加日数北坡多于南坡, 其它等级降水突变增加日数均南坡多于北坡北坡小雨中雨强度发生了突变, 而南坡大雨暴雨强度发生了突变北坡小雨中雨强度分别在年发生了突变, 突变后小雨强度减小

12 642 地理学报表 3 祁连山南北坡不同等级降水日数和降水强度的突变 Tab. 3 Abrupt analysis of day number and intensity of different grades of precipitation on the northern and southern slopes of Qilian Mountains 67 卷降水等级突变年份突变前平均值北坡突变后平均值突变后与突变年份突变前的差值南坡突变前突变后平均值平均值突变前与突变后的差值小雨日数中雨日数大雨日数暴雨日数小雨强度中雨强度大雨强度暴雨强度了 0.12 mm, 中雨强度增加了 0.05 mm, 南坡大雨暴雨强度分别在年发生了突变, 突变后降水强度均减小, 分别减小了 0.3 mm 5.68 mm 不同等级降水日数和降水强度的变化都会引起年降水量的变化小雨日数的突变增加导致降水增加 mm, 小雨强度的突变减小导致降水减少 4.55 mm, 小雨日数突变增加的雨量抵消了小雨强度突变减小的雨量后, 导致降水增加 mm 中雨日数突变增加导致降水增加 mm, 中雨强度突变增加导致降水增加 4.08 mm, 两者导致降水增加 mm 大雨日数突变增加导致降水增加 6.29 mm, 大雨强度突变增加导致降水增加 2.1 mm, 两者导致降水增加 8.39 mm 暴雨日数突变增加导致降水增加 5.46 mm, 暴雨强度突变增加导致降水增加 0.29 mm, 两者导致降水增加 5.75 mm 各等级降水日数突变增加的雨量比降水强度突变增加的雨量多, 可见年降水的增加主要是由降水日数的增多引起的, 其中小雨中雨日数的增多贡献最大 4 结论 (1) 祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度在空间上既表现出东西分异, 又表现出南北分异, 自东向西降水日数逐渐减少, 降水强度逐渐减小除大雨暴雨外, 南部山区比北部走廊平原降水日数多, 降水强度大各等级降水分布与地形大气环流和云水输送条件密切相关, 与水汽的空间分布是一致的 (2) 不同等级降水日数的年际变化在绝大部分区域呈增多趋势, 在空间上表现出东西分异, 自东向西降水日数增幅减小大雨强度在绝大部分地区呈增大趋势, 且自东向西增幅减小, 其它降水强度在部分区域呈增大趋势, 在部分区域呈减小趋势, 在空间上也表现为东西分异在中东部地区, 暴雨日数增多, 暴雨强度增大, 导致极端降水天气增多在中西部地区, 中雨日数增多, 中雨强度增大, 有助于年降水量增加 (3) 小雨中雨日数增多显著, 大雨日数增多明显, 暴雨日数略有增多小雨大雨强度略有减小, 中雨暴雨强度略有增大祁连山南北坡降水日数均增多, 北坡小雨中雨日数增多更明显, 南坡大雨暴雨日数增多更突出, 南北坡不同等级降水强度变化均不明显小雨大雨降水强度的减小对年降水量减少影响有限, 年降水量的增加主要是由降水日数的增多引起的 (4) 小雨中雨大雨暴雨日数变化的主周期分别为 25a 19a 15a 19a, 各等级降水强度变化的主周期分别为 25a 26a 25a 5a 不同等级降水日数变化的周期集中在 2a 5a 8a 11a 19a 左右, 降水强度变化的周期集中在 2a 5a 11a 15a 25a 左右

13 5 期贾文雄 : 近 50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化 643 祁连山南北坡降水日数变化的周期集中在 2a 5a 8a 11a 15a 19a 25a 左右, 降水强度变化的周期集中在 2a 5a 9a 15a 19a 25a 左右不同等级降水日数和降水强度的周期变化与不同环流系统的周期性强弱变化有关, 也与 ENSO 事件太阳黑子活动和月亮潮汐活动的周期性变化有关 (5) 在 0.05 的显著性水平下, 小雨中雨大雨暴雨日数分别在 70 年代中后期 70 年代初 70 年代中期 80 年代中后期突变增多, 小雨强度在 70 年代中后期突变减小, 中雨大雨暴雨强度分别在 60 年代中期 60 年代中后期 90 年代中后期突变增大祁连山南北坡降水日数均突变增多 ( 除北坡大雨外 ), 北坡小雨强度突变减小, 中雨强度突变增大, 南坡大雨暴雨强度均突变减小各等级降水日数突变增加的雨量比降水强度突变增加的雨量多, 年降水的增加主要是由降水日数的增多引起的, 其中小雨中雨日数的增多贡献最大参考文献 (References) [1] Chen Xiaoyan, Shang Kezheng, Wang Shigong et al. Analysis on the spatiotemporal characteristics of precipitation under different intensities in China in recent 50 years. Arid Zone Research, 2010, 27(5): [ 陈晓燕, 尚可政, 王式功等. 近 50 年中国不同强度降水日数时空变化特征. 干旱区研究, 2010, 27(5): ] [2] Sun Fenghua, Yang Suying, Ren Guoyu. Decade variations of precipitation event frequency, intensity and duration in the Northeast China. Journal of Applied Meteorological Science, 2007, 18(5): [ 孙凤华, 杨素英, 任国玉. 东北地区降水日数强度和持续时间的年代际变化. 应用气象学报, 2007, 18(5): ] [3] Chen Shaoyong, Ren Yan, Qiao Li et al. Temporal and spatial distribution characteristics of days with above heavy rainfall over northwestern China. Resources Science, 2011, 33(5): [ 陈少勇, 任燕, 乔立等. 中国西北地区大雨以上降水日数的时空分布特征. 资源科学, 2011, 33(5): ] [4] Chen Dongdong, Dai Yongjiu. Characteristics of Northwest China rainfall intensity in recent 50 years. Chinese Journal of Atmospheric Science, 2009, 33(5): [ 陈冬冬, 戴永久. 近五十年我国西北地区降水强度变化特征. 大气科学, 2009, 33(5): ] [5] Xin Yu, Cui Caixia, Zhang Guangxing et al. Spatial -temporal variation of precipitation for different grade and the events of extreme precipitation over Bole, Xinjiang. Journal of Desert Research, 2008, 28(2): [ 辛渝, 崔彩霞, 张广兴等. 博州不同级别降水及极端降水事件的时空变化. 中国沙漠, 2008, 28(2): ] [6] Tang Maocang. The distribution of precipitation of Mountain Qilian. Acta Geographica Sinica, 1985, 40(4): [ 汤懋苍. 祁连山区降水的地理分布特征. 地理学报, 1985, 40(4): ] [7] Li Yanying, Zhang Qiang, Xu Xia et al. Relationship between precipitation and terrain over the Qilian Mountains and their ambient areas. Journal of Glaciology and Geocryology, 2010, 32(1): [ 李岩瑛, 张强, 许霞等. 祁连山及周边地区降水与地形的关系. 冰川冻土, 2010, 32(1): ] [8] Li Yanying, Zhang Qiang, Sun Aizhi et al. Climate characteristics of snowfall over the Qilian Mountain and its ambient areas. Journal of Glaciology and Geocryology, 2008, 30(3): [ 李岩瑛, 张强, 孙爱芝等. 祁连山及周边地区降雪气候特征研究. 冰川冻土, 2008, 30(3): ] [9] Zhang Qiang, Zhang Jie, Song Guowu et al. Research on atmospheric water-vapor distribution over Qilianshan Mountains. Acta Meteorologica Sinica, 2007, 65(4): [ 张强, 张杰, 孙国武等. 祁连山山区空中水汽分布特征研究. 气象学报, 2007, 65(4): ] [10] Zhang Yinghua, Wu Yanqing. Precipitation from different water vapor sources in the Heihe river basin, China. Arid Land Geography, 2008, 31(3): [ 张应华, 仵彦卿. 黑河流域大气降水水汽来源分析. 干旱区地理, 2008, 31 (3): ] [11] Chen Shaoyong, Dong Anxiang. Differences in summer precipitation between the east and west of the Qilian Mountains and its contributing factors. Journal of Nanjing Institute of Meteorology, 2007, 30(5): [ 陈少勇, 董安祥. 祁连山东西部夏季降水量时空分布的差异及其成因研究. 南京气象学院学报, 2007, 30(5): ] [12] Feng Guolin, Gong Zhiqiang. Latest advances of climate change detecting technologies. Acta Meteorologica Sinica, 2008, 66(6): [ 封国林, 龚志强. 气候变化检测与诊断技术的若干新进展. 气象学报, 2008, 66(6): ] [13] Dong changhong. Theory and Application of Matlab Wavelet Toolbox. Beijing: National Defense Industry Press, 2004: [ 董长虹. Matlab 小波分析工具箱原理与应用. 北京 : 国防工业出版社, 2004: ] [14] Fu Congbin, Wang Qiang. The definition and detection of the abrupt climate change. Scientia Atmospherica Sinica, 1992, 16(4): [ 符淙斌, 王强. 气候突变的定义和检测方法. 大气科学, 1992, 16(4): ]

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mm 400 mm 15 mm EOF mm/10a Fig. 1 Distributions

mm 400 mm 15 mm EOF mm/10a Fig. 1 Distributions 7 2 2011 3 ADVANCES IN CLIMATE CHANGE RESEARCH Vol. 7 No. 2 March 2011 1673-1719 (2011) 02-0097-07 1961 2007 77 5 5 6 2 3 8 11 1980 1980 1990 2015 8 11 P426.6 A 7.86% 4 50 0.35 5 6 19 7 8 9 1 1906 2005